專利名稱：基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對電子廢棄物的資源化處理，已成為非常重要的、關(guān)切民生的重大環(huán)境保護(hù)問題。 “電子廢棄物”處理得好就是“綠色礦山”，否則就是危險(xiǎn)品。我國已成為世界電器電子產(chǎn)品的制造基地，約承擔(dān)了全球家電市場80%的產(chǎn)量，與此同時(shí)，也承受了廢棄電器電子產(chǎn)品造成的嚴(yán)重污染后果。傳統(tǒng)的焚燒處理方式可排放致癌的劇毒物二噁英，并帶來嚴(yán)重的重金屬污染，危及生態(tài)安全。與傳統(tǒng)處理方式不同，基于等離子體的電子廢棄物資源化處理技術(shù)利用熱等離子體所具有的高能量密度、高溫度和良好的化學(xué)可控性來實(shí)現(xiàn)對電子廢棄物的資源化裂解，獲得金屬+清潔氣體+體積大為減量化的固態(tài)玻璃體(重金屬浸出率極低)， 二次污染排放幾乎為零，清潔環(huán)保。利用等離子體的高溫還可以處理含多氯聯(lián)苯廢物；醫(yī)院廢物、廢藥物、藥品；農(nóng)藥廢物；有機(jī)樹脂類廢物；含金屬羰基化合物廢物；含有色金屬、重金屬廢物；石棉廢物；有機(jī)溶劑廢物及放射性廢物、爆炸性廢物、生化武器的銷毀等數(shù)千種有毒有害廢物。此外，等離子體點(diǎn)火還可以應(yīng)用于冶煉行業(yè)，用于冶煉爐內(nèi)代替重油點(diǎn)火。 據(jù)專家保守計(jì)算，等離子體技術(shù)若能替代十分之一的焚燒處理能力，僅銷售設(shè)備的年產(chǎn)值便可達(dá)10億元以上，并能夠形成一個(gè)高達(dá)數(shù)千億元產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)鏈，經(jīng)濟(jì)前景和環(huán)保效益均不可限量。目前，等離子體裂解的能耗較高(目前約為lkWh/kg)，如何提高裂解系統(tǒng)的熱效率以最大限度地降低其應(yīng)用成本已成為這種清潔環(huán)保技術(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸。等離子體裂解系統(tǒng)主要由熱解爐，等離子體電源，等離子體發(fā)生器，氣體處理裝置等構(gòu)成，其中等離子體電源的電能變換效率和等離子體發(fā)生器與熱解爐之間的熱交換效率直接決定了等離子體裂解過程的能效水平。為提高生產(chǎn)效率和處理能力，裂解系統(tǒng)功率高達(dá)幾百kW甚至兆瓦級。據(jù)檢索， 國外整流式等離子體裂解系統(tǒng)已可做到兆瓦級，電能變換效率可達(dá)80%，逆變式的也已達(dá)到200kW功率級別；國內(nèi)與此相比還有較大差距，在加熱、點(diǎn)火、廢物處理等領(lǐng)域，雖已有 300kW硬開關(guān)逆變式系統(tǒng)的研究報(bào)道，但還沒有IOOkW以上級別的效率更高、成熟可靠的軟開關(guān)等離子體技術(shù)的報(bào)道。等離子體電源直接給等離子體發(fā)生器提供電能，是等離子體裂解系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于強(qiáng)等離子體能量高達(dá)幾百千瓦甚至兆瓦級，需要100%負(fù)載持續(xù)率長時(shí)間高壓、大電流工作，可靠性成為首要條件。長期以來，可靠性較好的整流式乃至于交流工頻變壓器成為大功率等離子體電源的首選，但效率較低(很難超過80%，工頻變壓器更低)，對網(wǎng)電沖擊大，動(dòng)特性不佳。節(jié)能省材的大功率逆變式等離子體電源還面臨著因并聯(lián)均流、溫升、電磁干擾、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、寄生參數(shù)等因素造成的強(qiáng)能量傳遞可靠性問題。盡管高效節(jié)能的軟開關(guān)高頻逆變技術(shù)已在焊接等領(lǐng)域應(yīng)用，但在嚴(yán)酷的等離子體裂解工藝應(yīng)用環(huán)境下，還有很多問題需要深入研究和解決。“大功率等離子體電源的研制和開發(fā)是國內(nèi)大功率等離子體系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸”。等離子體發(fā)生器與熱解爐的熱交換效率較低。根據(jù)最小Joule熱原理和自磁壓縮效應(yīng)，等離子體射流通常表現(xiàn)為能量高度集中、體積小、參數(shù)梯度大，直接導(dǎo)致等離子體發(fā)生器的能量利用率較低，電極燒蝕嚴(yán)重，工作壽命較短。為提高效率，國內(nèi)外有采用雙炬射流/電弧、三炬射流/電弧、多電極電弧等技術(shù)來產(chǎn)生大體積的等離子體射流的報(bào)道。但這些技術(shù)方法均以物理累積方式通過多個(gè)電弧同時(shí)放電來擴(kuò)大放電區(qū)間，未能從根本上解決等離子射流的發(fā)散問題。由于等離子體的導(dǎo)電性，等離子體與磁場的可作用性是不言而喻的。利用強(qiáng)外磁力作用來削弱等離子弧自身的自磁壓縮效應(yīng)，導(dǎo)致熱電弧高溫區(qū)擴(kuò)張來獲得大體積均勻等離子體的方法，可從本質(zhì)上解決等離子體射流的勻質(zhì)發(fā)散問題，成為近年來的研究熱點(diǎn)，但主要集中在同軸弧室結(jié)構(gòu)的等離子體發(fā)生器方面，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，射流長度和輸出功率很難進(jìn)一步提高，難以滿足大功率高效裂解生產(chǎn)的需求。此外，要提高裂解生產(chǎn)效率，必須要提高裂解系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。在強(qiáng)磁場作用下，等離子體熱裂解過程的控制參數(shù)更多，只有在能夠精確控制可控參數(shù)，并能準(zhǔn)確傳感和處理相關(guān)參數(shù)變化對裂解加熱過程的影響，才有可能實(shí)現(xiàn)對等離子體裂解過程的自動(dòng)化控制。由于等離子體熱解過程，存在溫度，電流，電極間距，磁場等的工藝參數(shù)，還存在各種開關(guān)量信息，而熱解環(huán)境下的電磁干擾比較嚴(yán)重，存在高頻甚至其他電磁噪聲，如何保證各種動(dòng)作的準(zhǔn)確執(zhí)行以及信息的準(zhǔn)確而快速的傳遞非常重要。近年來，數(shù)字化控制成為研究熱點(diǎn)，它易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制算法， 智能化程度更高，性能更加完美；控制系統(tǒng)靈活，系統(tǒng)升級方便，易于實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的協(xié)同控制，甚至可以在線修改控制算法及控制參數(shù)，而不必改動(dòng)硬件線路，大大縮短了設(shè)計(jì)周期； 控制電路的元器件數(shù)量明顯減少，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性；控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化；系統(tǒng)的一致性較好，生產(chǎn)制造方便。CAN BUS是20世紀(jì)80年代中后期為適應(yīng)汽車控制網(wǎng)絡(luò)化要求而產(chǎn)生并迅速發(fā)展起來的，已在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并已成為國際標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，許多國際知名的芯片制造商均生產(chǎn)CAN芯片或在其芯片中內(nèi)嵌CAN模塊。iCAN系統(tǒng)全稱為“工業(yè)CAN_bus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)”，它是一種基于CAN BUS的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，它通過低成本的通信鏈路將工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備(如傳感器、儀表等)與管理設(shè)備連成網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速度快，容錯(cuò)性能好，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。據(jù)檢索，在電子廢棄物等離子體裂解系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，目前還未見有采用大功率軟開關(guān)等離子體電源，磁控勻質(zhì)化等離子體射流技術(shù)，基于ARM的數(shù)字化控制技術(shù)，基于iCAN 的熱裂解過程信息傳感和傳遞技術(shù)等來提高裂解系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率和裂解過程自動(dòng)化水平的相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，針對目前電子廢棄物等離子體裂解系統(tǒng)存在的問題以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢，提供一種高效節(jié)能、性能可靠的電子廢棄物等離子體高效裂解系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，由計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)、等離子體電源、電磁發(fā)生裝置、等離子體發(fā)生器、數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)、熱解爐、吸收塔、布袋除塵器、活性炭吸附塔、玻璃體排放槽和金屬塊定型槽相互連接構(gòu)成；所述等離子體電源、電磁發(fā)生裝置、等離子體發(fā)生器、熱解爐、吸收塔、布袋除塵器和活性炭吸附塔均通過iCAN網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)相連；所述計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)相連；等離子體發(fā)生器分別與電磁發(fā)生裝置、等離子體電源、熱解爐和數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)相連接；熱解爐還與數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)、吸收塔、玻璃體排放槽和金屬塊定型槽相連；吸收塔和布袋除塵器相連；布袋除塵器和活性炭吸附塔依次連接。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)是指設(shè)置有裂解過程流程、設(shè)定有工藝參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)綜合管理軟件系統(tǒng)的上位計(jì)算機(jī)；所述上位計(jì)算機(jī)為帶CAN擴(kuò)展卡和RJ45接口的上位計(jì)算機(jī)或者是為帶USB/CAN轉(zhuǎn)換模塊和RJ45接口的上位計(jì)算機(jī)。所述等離子體電源主要由內(nèi)置CAN接口的ARM數(shù)字化控制器和具備CAN網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)組網(wǎng)功能的多組智能功率模塊通過具備同步和容錯(cuò)機(jī)制的CAN網(wǎng)絡(luò)相互連接構(gòu)成；其中， 所述ARM數(shù)字化控制器主要由ARM微處理器、數(shù)字化面板、電流電壓采樣反饋電路、欠壓過壓檢測電路和CAN接口模塊相互連接構(gòu)成；所述智能功率模塊由智能節(jié)點(diǎn)型控制器和功率電路連接構(gòu)成；所述智能節(jié)點(diǎn)型控制器由ARM最小系統(tǒng)、電流電壓采樣電路、基于機(jī)械超前保護(hù)機(jī)制的大功率驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊和CAN通信模塊相互連接構(gòu)成；所述功率電路由EMI電路、整流濾波電路、軟開關(guān)逆變橋和倍壓整流電路相互連接構(gòu)成。上述的軟開關(guān)逆變橋既可以是零電壓軟開關(guān)，也可以是零電壓零電流軟開關(guān)。所述功率電路的軟開關(guān)逆變橋由功率開關(guān)管S1-S4、D1-D4、C1_C4、Cb和Ls相互連接組成；其中，D1-D4分別為功率開關(guān)管S1-S4的反并聯(lián)二極管，C1-C4分別為對應(yīng)功率開關(guān)管S1-S4的輸出電容，Cb為隔直電容，Ls為飽和電感；C3-C4可根據(jù)不同的軟開關(guān)模式進(jìn)行增刪。所述功率電路的倍壓整流電路由功率變壓器Tl、倍壓整流二極管D5-D6、兩個(gè)等值電感L21-L22、電容C5和負(fù)載Ro組成。所述電磁發(fā)生裝置由勵(lì)磁電源和勵(lì)磁線圈構(gòu)成；所述勵(lì)磁電源由ARM控制系統(tǒng)和功率變換電路連接構(gòu)成；所述ARM控制系統(tǒng)由CAN接口模塊、ARM微控制器、高頻驅(qū)動(dòng)電路、 采樣反饋電路和數(shù)字顯示模塊連接構(gòu)成；所述功率變換電路由整流濾波電路、直流變換器和二次調(diào)制電路構(gòu)成，用于輸出頻率、占空比、脈寬均可調(diào)節(jié)的交流方波，所述勵(lì)磁線圈是指由水冷銅管繞制的電感線圈；或者所述功率變換電路是指整流濾波電路和三組相同直流變換器構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)磁場勵(lì)磁電路，所述勵(lì)磁線圈是三組結(jié)構(gòu)相同的電感線圈，分別與三組交替輪流工作的直流變換器相連，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。所述等離子體發(fā)生器由雙石墨電極、伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、水冷夾具和數(shù)字化控制器構(gòu)成；所述數(shù)字化控制器由內(nèi)置有CAN接口和伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)加減速運(yùn)動(dòng)控制軟件的ARM微處理器、電流電壓采樣檢測模塊連接構(gòu)成；所述水冷夾具用于將雙石墨電極固定在伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)雙石墨電極運(yùn)動(dòng)軌跡的精確控制；所述數(shù)字化控制器與伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)信號連接。所述熱解爐由爐體、高溫排放閥、電子廢棄物饋入裝置、密封裝置和集成CAN接口的PLC控制系統(tǒng)連接構(gòu)成。所述數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)由內(nèi)置能夠判斷在無等離子體射流以及在有等離子體
6射流狀態(tài)時(shí)的電極間距、位置、爐內(nèi)溫度的圖像處理軟件的視頻監(jiān)控主機(jī)、用于采集等離子體射流狀態(tài)時(shí)爐內(nèi)電極參數(shù)的兩路帶濾光的CCD攝像機(jī)、用于采集無等離子體射流時(shí)爐內(nèi)電極參數(shù)的兩路不帶濾光的CCD攝像機(jī)以及機(jī)架相互連接構(gòu)成。此外，所述吸收塔為半干吸收塔，主要是噴淋霧化堿液，中和大部分的酸性氣體以及夾帶粉塵，同時(shí)將溫度降低到200°C以下，抑制二噁英的產(chǎn)生；所述布袋除塵器主要用于吸附堿性粉塵，同時(shí)消除酸性物質(zhì)；所述活性炭吸附塔主要用于吸附重金屬、二悪英和其它有害物質(zhì)；所述玻璃體排放槽主要用于接收熱解過程產(chǎn)生的玻璃體；所述金屬塊定型槽主要用于熱解爐排放的高溫金屬，得到規(guī)則的毛坯金屬塊。本發(fā)明的原理是這樣的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的流程和工藝參數(shù)，并通過iCAN網(wǎng)絡(luò)向等離子體電源、電磁發(fā)生裝置、等離子體發(fā)生器發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)啟動(dòng)吸附塔、布袋除塵器和活性炭吸附塔；通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)，調(diào)節(jié)等離子體發(fā)生器的初始電極間距和空間位置；在破碎之后的電子廢棄物饋入到熱解爐之后， 計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)發(fā)送熱解指令，等離子體電源全脈寬導(dǎo)通，輸出較高的空載電壓，等離子體發(fā)生器的數(shù)字化控制器根據(jù)其電流電壓采樣檢測模塊檢測的電壓值發(fā)出控制量，使得伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過水冷夾具帶動(dòng)雙石墨電極運(yùn)動(dòng)，縮小電極之間的間距，一旦兩電極接觸短路，此時(shí)電極兩端的電壓迅速降低，數(shù)字化控制器根據(jù)電流電壓采樣檢測模塊檢測檢測到的電流和電壓值，控制伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)緩慢反向運(yùn)動(dòng)，兩電極脫離接觸而燃弧，當(dāng)兩電極之間的電壓值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，電極間距保持在此范圍，產(chǎn)生需要長度的等離子體射流；電磁發(fā)生裝置開始工作，通過磁場的作用，削弱等離子體射流存在的自磁效應(yīng)，使得等離子體射流體積變大，參數(shù)梯度變小，與爐內(nèi)電子廢棄物的熱交換更充分，提高熱交換效率；高溫熔融熱解的金屬和玻璃體分別通過爐體的高溫排放閥排放到金屬塊定型槽和玻璃體排放槽， 而產(chǎn)生的氣體則依次通過吸收塔、布袋除塵器和活性炭吸附塔，得到清潔氣體，從而實(shí)現(xiàn)金屬，玻璃體和氣體的分離。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了等離子體裂解系統(tǒng)的全數(shù)字控制。通過低成本的iCAN網(wǎng)絡(luò)通信鏈路和ARM數(shù)字化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了裂解系統(tǒng)各組成部分的數(shù)字通信、信息交互和協(xié)同工作，數(shù)據(jù)傳輸速度快，容錯(cuò)性能好，抗干擾能力強(qiáng)。2、本發(fā)明的自動(dòng)化程度好。由于采用了全數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，操作簡單快捷，可遠(yuǎn)離現(xiàn)場通過上位機(jī)進(jìn)行管理，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)條件得到極大改
口 ο3、本發(fā)明采用雙石墨電極得到長而穩(wěn)定的等離子體射流，輔以外加強(qiáng)磁場的驅(qū)動(dòng)，使得等離子體射流勻質(zhì)發(fā)散，獲得了長射流，大體積，參數(shù)梯度較均勻的等離子體熱源， 大幅度提高了等離子體發(fā)生器與爐內(nèi)電子廢棄物之間的熱交換效率。4、本發(fā)明的等離子體電源采用了新型的軟開關(guān)倍壓整流逆變技術(shù)，可以得到等離子體裂解所要求的高壓大功率輸出，所有功率器件均工作于軟開關(guān)模式，電能變換效率和逆變頻率均可大幅提高，傳遞功率能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)節(jié)省了制造成本。5、本發(fā)明充分利用等離子體的高溫高能量密度實(shí)現(xiàn)了金屬、玻璃體和氣體的有效分離，可分別進(jìn)行再生利用，基本上實(shí)現(xiàn)了 “零排放”。6、相比傳統(tǒng)技術(shù)，電能變換效率提高20% (超過94% )，等離子體發(fā)生器與裂解爐的傳熱效率提高約10%，整體能效提高60%以上，電子廢棄物處理能耗從目前的IkWh/ kg降低到0. 6kffh/kg以內(nèi)，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率大幅提高，長期的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)成本大幅降低，并能移植應(yīng)用于固體垃圾處理，危險(xiǎn)廢物處理，煤的清潔汽化以及金屬冶煉與加工等行業(yè)。


圖1是本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的等離子體電源結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的等離子體電源的功率電路原理圖；圖4是本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的電磁發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的等離子體發(fā)生器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的熱解爐結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式并不限于此。如圖1所示，本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)100，等離子體電源200，電磁發(fā)生裝置300，等離子體發(fā)生器500，數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)400，熱解爐600，吸收塔700，布袋除塵器800，活性炭吸附塔900，玻璃體排放槽140，金屬塊定型槽110，iCAN網(wǎng)絡(luò)120，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)130構(gòu)成。等離子體電源200、電磁發(fā)生裝置 300、等離子體發(fā)生器500、熱解爐600、吸收塔700、布袋除塵器800和活性炭吸附塔900均通過iCAN網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)100相連；計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)100通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)400相連；等離子體發(fā)生器500分別與電磁發(fā)生裝置300、等離子體電源200、熱解爐600和數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)400相連接；熱解爐600除了與等離子體發(fā)生器500相連之外，還與數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)400、吸收塔700、玻璃體排放槽140和金屬塊定型槽110相連；吸收塔700和布袋除塵器800相連；布袋除塵器800和活性炭吸附塔900 依次連接。如圖2所示，本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的等離子體電源主要由內(nèi)置CAN接口的ARM數(shù)字化控制器210和具備CAN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)功能的多組智能功率模塊230，通過具備同步和容錯(cuò)機(jī)制的CAN網(wǎng)絡(luò)220相互連接構(gòu)成；ARM數(shù)字化控制器210主要由ARM微處理器211、數(shù)字化面板212、電流電壓采樣反饋電路213、欠壓過壓檢測電路214、CAN接口模塊215等構(gòu)成；智能功率模塊230包括智能節(jié)點(diǎn)型控制器231和功率電路232構(gòu)成；智能節(jié)點(diǎn)型控制器主要由ARM最小系統(tǒng)2311、電流電壓采樣電路2312、基于機(jī)械超前保護(hù)機(jī)制的大功率驅(qū)動(dòng)模塊2313、人機(jī)交互模塊2314、CAN通信模塊2315等相互連接構(gòu)成；功率電路232主要包括EMI電路2321，整流濾波電路2322，軟開關(guān)逆變橋2323和倍壓整流電路23 構(gòu)成。如圖3所示，本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的等離子體電源的功率電路原理圖，包括EMI電路2321，整流濾波電路2322和軟開關(guān)逆變橋2323和倍壓整流電路23M。其中，EMI電路和整流濾波電路均為通用電路。軟開關(guān)逆變橋主要由功率開關(guān)管S1-S4、D1-D4、C1-C4、Cb、Ls組成，D1-D4分別為功率開關(guān)管S1-S4的反并聯(lián)二極管，C1-C4分別對應(yīng)功率管S1-S4的輸出電容，Cb為隔直電容，Ls為飽和電感，其中C3-C4 可根據(jù)不同的軟開關(guān)模式進(jìn)行增刪；倍壓整流電路23M由功率變壓器Tl、倍壓整流二極管 D5-D6、兩個(gè)等值電感L21-L22、C5和負(fù)載Ro組成。在移相全橋零電壓零電流軟開關(guān)模式下，C3-C4被斷開，由于輸出電容C1-C2的存在，使得超前橋臂實(shí)現(xiàn)寬范圍的零電壓開通，而飽和電感和變壓器漏感的存在，使得滯后橋臂實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷；由于L22-L21的交替續(xù)流， 倍壓整流快速二極管D5-D6實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷。因此，功率電路的所有功率器件均工作于軟開關(guān)狀態(tài)，損耗低，電磁干擾??；由于變壓器Tl只需一個(gè)次級繞組，在同等磁芯窗口、變比和溫升情況下，功率傳遞能力更強(qiáng)，輸出電壓更高，節(jié)省材料和應(yīng)用成本。如圖4所示，本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的電磁發(fā)生裝置 300主要由勵(lì)磁電源310和勵(lì)磁線圈320構(gòu)成；勵(lì)磁電源主要由ARM控制系統(tǒng)311和功率變換電路312構(gòu)成；ARM控制系統(tǒng)主要由CAN接口模塊3110，ARM微控制器3111，高頻驅(qū)動(dòng)電路3112，采樣反饋電路3113和數(shù)字顯示模塊3114連接構(gòu)成；功率變換電路312主要由整流濾波電路3121，直流變換器3122，二次調(diào)制電路3123構(gòu)成，用于輸出頻率、占空比、脈寬均可以調(diào)節(jié)的交流方波，380VAC輸入連接功率變換電路312用于供電；勵(lì)磁線圈320主要由水冷銅管繞制的電感線圈；為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述功率變換電路也可以是三組輪流交替工作的變換器(由整流濾波電路3121，直流變換器3122構(gòu)成)，所述勵(lì)磁線圈 320是三組結(jié)構(gòu)相同的電感線圈，分別與三組交替輪流工作的變換器相連，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。如圖5所示，本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的等離子體發(fā)生器500主要由雙石墨電極510，伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)520和水冷夾具530，數(shù)字化控制器構(gòu)成；數(shù)字化控制器由內(nèi)置有CAN接口和加減速運(yùn)動(dòng)控制軟件模塊的ARM微處理器Ml，電流電壓采樣檢測模塊542連接構(gòu)成；水冷夾具530用于將雙石墨電極510可靠固定在伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 520上，實(shí)現(xiàn)雙石墨電極運(yùn)動(dòng)軌跡的精確控制。如圖6所示，本發(fā)明基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)的熱解爐600主要由爐體610，高溫排放閥620，電子廢棄物饋入裝置630、密封裝置640，集成CAN接口的 PLC控制系統(tǒng)650等連接構(gòu)成，由PLC控制系統(tǒng)650完成爐體溫度檢測，高溫排放閥的開關(guān)控制，電子廢棄物饋入裝置和密封裝置的啟動(dòng)和關(guān)停。本發(fā)明的上述實(shí)施例具有以下顯著特征1、本實(shí)施例首次將低成本的iCAN網(wǎng)絡(luò)通信鏈路、ARM數(shù)字化系統(tǒng)和PLC控制相結(jié)合，解決電子廢棄物大功率等離子體裂解系統(tǒng)在復(fù)雜而嚴(yán)酷的工藝環(huán)境下的全數(shù)字化難題，裂解系統(tǒng)各組成部分基本上實(shí)現(xiàn)了數(shù)字通信、信息交互和實(shí)時(shí)協(xié)同工作，數(shù)據(jù)傳輸速度快，容錯(cuò)性能好，抗干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)展性能好。2、由于本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制，操作簡單快捷直觀，可遠(yuǎn)離現(xiàn)場通過上位機(jī)進(jìn)行管理，裂解工藝參數(shù)可以優(yōu)化組合，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度大幅度提高，改善了勞動(dòng)條件，也有利于提高裂解生產(chǎn)的效率，降低長期應(yīng)用成本。3、本實(shí)施例首次采用雙石墨電極和磁-等離子體勻質(zhì)發(fā)散技術(shù)相結(jié)合的方式獲得了高能效等離子體射流。采用雙石墨電極，可在較小電流下輸出較高電壓和功率，從而得到長而穩(wěn)定的等離子體射流，輔以外加強(qiáng)磁場驅(qū)動(dòng)勻質(zhì)發(fā)散技術(shù)，獲得了長射流，大體積， 參數(shù)梯度較均勻的等離子體熱源，使得爐內(nèi)溫度更為均勻，傳熱更快，等離子體發(fā)生器與爐內(nèi)電子廢棄物之間的熱交換效率得到大幅度提高，裂解效率高，降低了應(yīng)用成本，節(jié)約能源。4、本實(shí)施例首次將CAN協(xié)同網(wǎng)絡(luò)、ARM數(shù)字化系統(tǒng)以及基于新型軟開關(guān)倍壓整流逆變技術(shù)的智能功率模塊有機(jī)結(jié)合，獲得高可靠、高效率、高性能的大功率等離子體裂解電源技術(shù)。智能功率模塊采用新型軟開關(guān)倍壓整流逆變技術(shù)，可以得到適合等離子體裂解工藝所要求的高壓大功率輸出，并且所有功率器件均工作于軟開關(guān)模式，電能變換效率(高達(dá)94% )和逆變頻率均可大幅提高，功率傳遞能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)；同時(shí)，多組智能功率模塊能夠通過CAN網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)組網(wǎng)，在ARM數(shù)字化系統(tǒng)的調(diào)度下，各智能功率模塊能夠自行組網(wǎng)以獲得所需功率輸出，并且在線工作狀態(tài)和在線冗余狀態(tài)的智能功率模塊可根據(jù)實(shí)際需要無縫切換，極大地提高了大功率等離子體電源的可靠性和工藝適應(yīng)性；由于采用模塊結(jié)構(gòu)， 制造、調(diào)試、生產(chǎn)便利，節(jié)省制造成本。5、本實(shí)施例充分利用了等離子體射流的高溫高能量密度實(shí)現(xiàn)了金屬、玻璃體和氣體的有效分離，可分別進(jìn)行再生利用，基本上實(shí)現(xiàn)了“零排放”，清潔環(huán)保；此外，本發(fā)明具有廣泛的適用性，還可以應(yīng)用于固體垃圾，危險(xiǎn)廢物等的資源化處理。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，由計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)、等離子體電源、電磁發(fā)生裝置、等離子體發(fā)生器、數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)、熱解爐、吸收塔、布袋除塵器、活性炭吸附塔、玻璃體排放槽和金屬塊定型槽相互連接構(gòu)成；所述等離子體電源、 電磁發(fā)生裝置、等離子體發(fā)生器、熱解爐、吸收塔、布袋除塵器和活性炭吸附塔均通過iCAN 網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)相連；所述計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)相連；等離子體發(fā)生器分別與電磁發(fā)生裝置、等離子體電源、熱解爐和數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)相連接；熱解爐還與數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)、吸收塔、玻璃體排放槽和金屬塊定型槽相連；吸收塔和布袋除塵器相連；布袋除塵器和活性炭吸附塔依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，所述計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)是指設(shè)置有裂解過程流程、設(shè)定有工藝參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)綜合管理的軟件系統(tǒng)上位計(jì)算機(jī)；所述上位計(jì)算機(jī)為帶CAN擴(kuò)展卡和RJ45接口的上位計(jì)算機(jī)或者是為帶USB/CAN轉(zhuǎn)換模塊和RJ45接口的上位計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，所述等離子體電源由內(nèi)置CAN接口的ARM數(shù)字化控制器和具備CAN網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)組網(wǎng)功能的多組智能功率模塊通過具備同步和容錯(cuò)機(jī)制的CAN網(wǎng)絡(luò)相互連接構(gòu)成；其中，所述ARM數(shù)字化控制器由ARM微處理器、數(shù)字化面板、電流電壓采樣反饋電路、欠壓過壓檢測電路和CAN接口模塊相互連接構(gòu)成；所述智能功率模塊由包括智能節(jié)點(diǎn)型控制器和功率電路連接構(gòu)成；所述智能節(jié)點(diǎn)型控制器由ARM最小系統(tǒng)、電流電壓采樣電路、基于機(jī)械超前保護(hù)機(jī)制的大功率驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊和CAN通信模塊相互連接構(gòu)成；所述功率電路由EMI電路、整流濾波電路、軟開關(guān)逆變橋和倍壓整流電路相互連接構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，所述功率電路的軟開關(guān)逆變橋由功率開關(guān)管Sl-S4、Dl-D4、Cl-C4、Cb和Ls相互連接組成；其中，D1-D4分別為功率開關(guān)管S1-S4的反并聯(lián)二極管，C1-C4分別為對應(yīng)功率開關(guān)管S1-S4 的輸出電容，Cb為隔直電容，Ls為飽和電感；C3-C4可根據(jù)不同的軟開關(guān)模式進(jìn)行增刪。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是， 所述功率電路的倍壓整流電路由功率變壓器Tl、倍壓整流二極管D5-D6、兩個(gè)等值電感 L21-L22、電容C5和負(fù)載Ro組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，所述電磁發(fā)生裝置由勵(lì)磁電源和勵(lì)磁線圈構(gòu)成；所述勵(lì)磁電源由ARM控制系統(tǒng)和功率變換電路連接構(gòu)成；所述ARM控制系統(tǒng)由CAN接口模塊、ARM微控制器、高頻驅(qū)動(dòng)電路、采樣反饋電路和數(shù)字顯示模塊連接構(gòu)成；所述功率變換電路由整流濾波電路、直流變換器和二次調(diào)制電路構(gòu)成，用于輸出頻率、占空比、脈寬均可調(diào)節(jié)的交流方波，所述勵(lì)磁線圈是指由水冷銅管繞制的電感線圈；或者所述功率變換電路是指整流濾波電路和三組相同直流變換器構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)磁場勵(lì)磁電路，所述勵(lì)磁線圈是三組結(jié)構(gòu)相同的電感線圈，分別與三組交替輪流工作的直流變換器相連，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，所述等離子體發(fā)生器由雙石墨電極、伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、水冷夾具和數(shù)字化控制器構(gòu)成；所述數(shù)字化控制器由內(nèi)置有CAN接口和加減速運(yùn)動(dòng)控制軟件模塊的ARM微處理器、電流電壓采樣檢測模塊連接構(gòu)成；所述水冷夾具用于將雙石墨電極固定在伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)雙石墨電極運(yùn)動(dòng)軌跡的精確控制；所述數(shù)字化控制器與伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)信號連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，所述熱解爐由爐體、高溫排放閥、電子廢棄物饋入裝置、密封裝置和集成CAN接口的PLC控制系統(tǒng)連接構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，其特征是，所述數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)由內(nèi)置能夠判斷在無等離子體射流以及在有等離子體射流狀態(tài)時(shí)的電極間距、位置、爐內(nèi)溫度的圖像處理軟件的視頻監(jiān)控主機(jī)、用于采集等離子體射流狀態(tài)時(shí)爐內(nèi)電極參數(shù)的兩路帶濾光的CCD攝像機(jī)、用于采集無等離子體射流時(shí)爐內(nèi)電極參數(shù)的兩路不帶濾光的CCD攝像機(jī)以及機(jī)架相互連接構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明為基于強(qiáng)等離子體的電子廢棄物高效裂解系統(tǒng)，各組成按如下方式連接等離子體電源、電磁發(fā)生裝置、等離子體發(fā)生器、熱解爐、吸收塔、布袋除塵器和活性炭吸附塔通過iCAN網(wǎng)絡(luò)連接計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)；等離子體發(fā)生器分別與電磁發(fā)生裝置、等離子體電源、熱解爐和數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)相連接；熱解爐還與數(shù)字化視覺監(jiān)控系統(tǒng)、吸收塔、玻璃體排放槽和金屬塊定型槽相連；吸收塔和布袋除塵器相連；布袋除塵器和活性炭吸附塔依次連接。本發(fā)明的能量利用效率高，自動(dòng)化程度好，長期應(yīng)用經(jīng)濟(jì)成本低。
文檔編號G05B19/418GK102402216SQ20111034032
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者唐少杰, 張芩, 潘成熔, 王振民, 闕福恒 申請人:華南理工大學(xué)